磷/硅復合整理劑對真絲織物阻燃整理的性能研究

關晉平，朱云朋，陳國強

(1.蘇州大學紡織與服裝工程學院，江蘇蘇州215006;2.現代絲綢國家工程實驗室，江蘇蘇州215123)

由紡織品引起的火災占年度總火災數的50%，對其進行阻燃處理發達國家已立法要求[1]。絲綢這種天然紡織品以其獨特的光澤、保健性和豐富的文化內涵聞名于世。絲綢產品目前廣泛用于床上用品、室內軟裝。這些材料均要求具有不同程度的阻燃性能。

磷系阻燃劑是目前紡織品使用的主要阻燃劑，然而磷系阻燃劑也有其缺點，施加后紡織品發煙量較大，煙的主要成分是一氧化碳[2]，這對火災過程中的逃生和施救是極為不利的。本研究采用磷阻燃劑與含硅化合物復配對真絲進行整理，以期降低真絲燃燒時的一氧化碳生成量，除阻燃性能外，還探討了阻燃后真絲織物的物理機械性能。

1 實驗

1.1 材料和儀器

材料:11206脫膠真絲電力紡，平方米質量43g/m2(蘇州華思集團);二甲基-2-甲基丙烯酰氧基-乙基磷酸酯(DMMEP，按文獻[3]的方法合成);乙烯基三乙氧基硅烷(VETS，工業級，純度95%以上);過硫酸鉀(KPS)、甲酸、氨水(均為化學純);丙酮(分析純);中性皂片(市售)。

儀器:XW-2DR-25X12型低噪振蕩式染樣機(靖江市新旺染整設備廠);FTT氧指數測定儀(英國Fire Testing Technology公司);LYF-26型垂直法織物阻燃性能測試儀(山東紡織科學研究院);KSS-1400℃型高溫節能電爐(洛陽市永泰試驗電爐廠);Daul Analysis Calorimeter 2000型錐形量熱儀(英國Fire Testing Technology公司);Instron電子織物強力機(美國Instron公司)。

1.2 方 法

DMMEP改性真絲織物處理條件按文獻[3]，DMMEP添加量為70%(對織物質量百分數)。DMMEP與VETS復合整理工藝為:DMMEP50%(對織物質量百分數)，VETS50%(對織物質量百分數)，引發劑過硫酸鉀(KPS)濃度為對單體質量分數2%，浴比1︰30，反應pH值用氨水調節至4.5，反應溫度80℃，反應時間40min。反應結束后，取出布樣，用丙酮萃取去除均聚物，再皂洗，水洗，烘干。

1.3 測 試

1.3.1 增重率

增重率按下式計算:

式中:m1和m2分別為反應前后織物的質量，稱量前織物在恒溫恒濕間平衡24 h。

1.3.2 白 度

織物白度在WSB-3A智能式數字白度計上測定，取4次測量的平均值。

1.3.3 強 力

按GB/T 3923.1—1997《紡織品織物拉伸性能第1部分:斷裂強力和斷裂伸長率的測定 條樣法》，于Instron電子織物強力機上測定。

1.3.4 極限氧指數(LOI)

根據GB/T 5454—1997《紡織織物 燃燒性能試驗氧指數法》，采用FTT氧指數儀測定。

1.3.5 炭 長

根據GB/T 5454—1997《紡織織物 燃燒性能試驗垂直法》，在LYF-26型垂直法織物阻燃性能測試儀上測定。

1.3.6 炭渣含量

將平衡后的絲織物用電子天平稱重m1，然后將試樣放置在坩堝里于600℃的高溫節能電爐里保溫10min，取出后稱重m2，由下式計算得到炭渣含量:

1.3.7 阻燃耐水洗性

將整理過的真絲織物置于浴比為1︰50的中性皂液中，在50℃下洗滌20 min，重復以上操作，洗完一定次數后，取出水洗，熨干，并測試其燃燒性能。

1.3.8 熱釋放速率及一氧化碳生成情況

采用英國FTT公司的Analysis Calorimeter 2000型錐形量熱儀進行實驗。用鋁箔包裹樣品，放置完畢后用不銹鋼絲網保護，避免樣品在燃燒過程中發生卷曲膨脹。功率35 kW/m2，樣品尺寸10 cm×10 cm，厚度5mm。

2 結果與討論

2.1 燃燒性能

阻燃整理后，真絲織物的燃燒性能見表1。

表1 真絲織物阻燃整理后的燃燒性能Tab.1 Flammability properties ofsilk fabric after flame-retardant finishing

由表1可看出，添加70%的DMMEP與50%/50%的磷/硅復配整理劑整理后的真絲織物有大致相當的表觀阻燃效果。其極限氧指數與炭長相當，但復配整理增重率遠高于DMMEP整理絲織物。灼燒后炭渣含量復配整理后的真絲織物明顯高于單獨用DMMEP整理的真絲織物，這說明添加VETS整理真絲織物后，織物燃燒時含硅組分燃燒后形成SiO2覆蓋層，從而起到絕熱、阻隔空氣的作用[4]，抑制真絲織物進一步分解，從而炭渣含量增加。

2.2 阻燃真絲織物的物理性能

阻燃真絲織物的物理性能見表2。

表2 真絲織物阻燃整理后的物理性能Tab.2 Physical properties ofsilk fabric after flame-retardant finishing

由表2可看出，真絲織物經過阻燃整理后，白度下降。經向斷裂強力、緯向斷裂強力都不同程度地有所下降，且緯向強力下降幅度高于經向。DMMEP單獨整理真絲織物經向與緯向強力分別下降4%和28.3%，復配整理劑整理后的真絲織物經向和緯向強力下降分別為1.2%和20.7%。可見復配整理后真絲織物強力下降比單獨采用含磷組分DMEMP整理對強力損傷較小。整理后經向斷裂伸長率下降，緯向基本不變。

2.3 阻燃耐水洗性

表3列出了通過DMMEP，以及DMMEP與VETS復配整理后真絲織物分別經過1、5、15、20次洗滌后織物的極限氧指數及炭長情況。

表3 真絲織物阻燃整理后的耐水洗性Tab.3 Laundering durability ofsilk fabric after flame-retardant finishing

由表3可看出，單獨用DMMEP進行整理，織物經過20次水洗后阻燃效果顯著下降，而采用復配技術整理的絲織物經過20次水洗仍然具有一定的阻燃性能，極限氧指數接近27%，且可以通過垂直燃燒測試，耐水洗性能優于單獨采用含磷組分整理的真絲織物。

2.4 熱釋放速率

熱釋放速率(HRR)是指在規定的實驗條件下，在單位時間內材料燃燒所釋放的熱量。表達了火源釋放熱量的快慢和大小，也是火源釋放熱量的能力[5]。HRR越大，燃燒反饋給材料表面的熱量就越快(圖1)，結果造成材料熱解速度加快和揮發性可燃物生成量的增多，從而加速了火焰的傳播。HRR是衡量材料火災危險性的重要參數。

圖1 材料燃燒模型Fig.1 Combustion model of materials

圖2給出的是處理后真絲織物的熱釋放速率曲線。圖2可以看到，在燃燒過程中，未處理真絲織物、DMMEP單獨整理真絲織物、DMMEP與VETS復配整理真絲織物的峰值熱釋放速率依次下降，曲線與橫軸圍成的面積是總熱釋放量，可以看到，總熱釋放也是依次呈遞減趨勢。說明復配整理后，可大大降低真絲織物在燃燒過程中的釋熱速度及釋熱量，即火災危險程度降低。

圖2 阻燃真絲織物燃燒時的熱釋放速率Fig.2 Heat release rate of flame-retardantsilk fabric during combustion

2.5 CO生成情況

火災中，CO是降低能見度，造成人窒息死亡，影響逃生的主要因素。阻燃整理后，降低CO生成量具有十分重要的意義。整理后真絲織物的CO生成情況，如圖3所示。

圖3 阻燃真絲織物燃燒時CO生成情況Fig.3 CO yield of flame-retardantsilk fabric during combustion

由圖3可明顯得知，未處理真絲織物在燃燒時放出大量的CO，而經DMMEP處理后CO生成量有所下降，當DMEMP與VETS復配整理時，真絲織物在燃燒時僅生成少量的CO。這可能是因為磷組分在燃燒過程中促使真絲織物脫水成炭，而硅組分則更多的是產生自交聯及使得真絲織物本身形成交聯網狀結構，有利于絲織物燃燒時在凝聚相產生結炭作用，另一方面，硅組分在燃燒過程中生成SiO2膜覆蓋在絲織物炭層上，起到隔絕氧氣的作用，使得燃燒減少，故燃燒生成的CO也相應減少，從而顯示出熱釋放速率及CO生成量的下降。這在實際火災發生中贏得逃生時間，降低窒息死亡具有十分重要的意義。上述結果表明硅組分的添加，在提高成炭量、降低釋熱速率、降低釋熱量、降低CO生成量中均有積極的作用。表明含硅組分是磷組分十分有效的協同阻燃劑。

3 結論

采用含硅組分VETS與DMMEP復配整理真絲織物后，織物阻燃性能大大提高，阻燃性能可耐20次水洗，且復配整理后的真絲織物在燃燒中可降低熱釋放速率及熱釋放量，大大降低燃燒過程中的CO生成量，該體系在提高真絲織物防火安全性方面十分有效。但白度和強力有所下降。該硅組分是DMMEP阻燃整理真絲織物有效的協同阻燃劑。

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